Öneriler

A caracterização microestrutural de um material está intimamente relacionada com suas propriedades. Os materiais metálicos são predominantemente cristalinos e na caracterização da microestrutura interessam determinar fases presentes, contornos de grãos e defeitos cristalinos. Nos materiais magnéticos cristalinos interessa identificar defeitos bidimensionais específicos, tais como fronteiras de domínio magnético. Por outro lado, numerosas ligas podem, em condições especiais, ser obtidas totalmente amorfas ou parcialmente cristalinas(68)_.

Uma caracterização microestrutural desejável envolve a determinação da estrutura cristalina, composição química, quantidade, tamanho, forma e distribuição das fases. A determinação da natureza, quantidade (densidade) e distribuição dos defeitos cristalinos também é, em muitos casos, necessária. Além disso, a orientação preferencial das fases (textura e microtextura) e a diferença de orientação entre elas também tem estreita relação com o comportamento dos materiais. As espécies presentes na microestrutura apresentam características bastante diferenciadas e exigem um número relativamente grande de técnicas complementares para a sua caracterização(68)_.

Uma grande variedade de técnicas experimentais tem sido empregada no estudo da composição e da estrutura das camadas intermetálicas ferro-zinco do revestimento dos aços galvannealed. Aqui trataremos de algumas técnicas como: difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) com microanálise de raios-X com dispersão de energia (EDS), espectroscopia Mössbauer (EM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) (68)_.

3.5.1. Difratometria de raios-X

A difratometria de raios-X é uma técnica que fornece análise estrutural e a composição química de um sólido. Essa técnica baseia-se no fenômeno da difração que ocorre quando um feixe de raios-X incide sobre o sólido, devido o comprimento de onda dos raios-X serem da ordem do espaçamento interatômico nos sólidos, de cerca de alguns Angstroms (Å) (68)_.

Os raios-X podem ser produzidos pela desaceleração rápida de partículas eletricamente carregadas (elétrons) ou devido ao choque a um alvo formado por um metal, denominado ânodo. Em ambos os casos os elétrons devem ter grande quantidade de energia cinética. Para experimentos com raios-X são usados elétrons e sua desaceleração ocorre num compartimento chamado de tubo de raios-X, entre dois eletrodos onde é mantida uma diferença de potencial de algumas dezenas de quilovolts(68)_.

3.5.2. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) com microanálise de raios-X com dispersão de energia (EDS)

A microscopia eletrônica fornece informação morfológica e topográfica sobre as superfícies de sólidos, necessária para se entender o comportamento de superfícies. A microscopia eletrônica de varredura consiste na emissão de feixes de elétrons primários por um filamento capilar, em geral, de tungstênio (eletrodo negativo) por efeito termiônico a uma temperatura de 2700 K, dentro de uma coluna de alto vácuo(68)_.

O feixe de elétrons gerado interage com a região de incidência na amostra até uma profundidade que pode variar de 1 µm a 6 µm, dependendo da energia do feixe incidente e da natureza da amostra. Essa região é conhecida por volume de interação, o qual gera os sinais que são detectados e utilizados para a formação da imagem e para microanálise(68)_.

Um microscópio eletrônico de varredura típico é capaz de produzir imagens de alta ampliação (até 300.000x) e resolução. As imagens obtidas por meio do microscópio eletrônico de varredura possuem caráter virtual, pois o que é visualizado no monitor do aparelho é a transcodificação da energia emitida pelos elétrons (corrente elétrica) (68)_. A imagem eletrônica de varredura é formada a partir da emissão de elétrons secundários e/ou retroespalhados, ocasionados pelo feixe de elétrons primários incidente no material, sob condições de vácuo. A imagem eletrônica de varredura representa em tons de cinza o mapeamento e a contagem de elétrons secundários (SE - secondary electrons) e retroespalhados (BSE - backscatted electrons)(68)_.

A amostra a ser submetida à microscopia eletrônica de varredura deve ser preparada por meio da técnica de polimento abrasivo, seguida ou não de ataque ácido para revelar fases. Quando a análise for na seção transversal da amostra, pode-se empregar também o polimento iônico.

Polimento iônico

O polimento iônico é uma técnica de preparação de seções transversais de amostras metalográficas via ataque por íons de argônio. Indicado para materiais difíceis de serem preparados via polimento abrasivo, como aqueles muito macios ou de elevada dureza e materiais compósitos. Como o polimento ocorre por bombardeamento de íons de argônio, a superfície polida apresenta baixo nível de encruamento e alta qualidade de preparação, se comparada com amostras polidas por abrasão(69)_.

3.5.3. Espectroscopia Mössbauer (EM)

A espectroscopia Mössbauer (EM) é uma técnica experimental de alta resolução em energia (1/1012_{), não destrutiva, utilizada na investigação das propriedades estruturais,} magnéticas e hiperfinas de diferentes materiais sólidos(70-73)_{. A espectroscopia} Mössbauer é baseada no efeito de absorção ressonante de fótons gama. Quando um átomo está excitado, com energia E0 acima do estado fundamental, ele decai emitindo um fóton com energia hν. Esse fóton possui energia menor do que E0, porque ao emitir o fóton, o átomo recua, perdendo momento p e consequentemente energia cinética de recuo ER. Sendo assim, o fóton resultante possui energia como mostrado na equação (20) Se a energia desse fóton for suficiente, outro átomo na vizinhança irá absorvê-la e decai de maneira análoga, excitando outro átomo e assim sucessivamente. Esse é o efeito de absorção ressonante.

(20) h = E0 - ER (20) Muitos isótopos podem ser usados nesta técnica, mas o 57_{Fe é de longe o isótopo} Mössbauer mais importante, correspondendo em média a 65 % dos trabalhos referentes à Espectroscopia Mössbauer (EM).

Mössbauer considerou esses átomos num cristal, no qual em princípio, permanecem fixos uns aos outros em suas posições. Portanto, a energia cinética de recuo é absorvida pelo cristal como um todo e, neste caso, podemos considerar a sua massa como sendo infinita. Assim sendo, a energia cinética de recuo é desprezível, a energia dos fótons emitidos será praticamente igual à energia E0 do estado excitado e a probabilidade de outros átomos absorverem seus fótons é igual a 1(72)_.

A espectroscopia Mössbauer apresenta várias características e propriedades interessantes(72)_{. Entre elas, podem-se citar:}

i) alta sensibilidade, possibilitando efetuar medidas em intervalos extremamente pequenos de energia, com altíssima precisão;

ii) não-destrutividade do sistema em estudo;

iii) possibilidade de medidas qualitativas e quantitativas de fases cristalizadas, amorfas ou de cristalização pobre;

iv) alta seletividade para compostos ou fases contendo o isótopo Mössbauer.

Um espectro típico é dado pela intensidade versus velocidade da fonte. As informações que podem ser extraídas do espectro são relacionadas às interações hiperfinas que são as interações eletromagnéticas entre o núcleo e os elétrons próximos a ele. Por isso dizemos que a espectroscopia Mössbauer é uma técnica local (de caracterização química), que fornece informações sobre a vizinhança dos átomos da amostra em questão. As interações hiperfinas multipolares mais relevantes em um espectro Mössbauer são as seguintes:

- interação monopolar elétrica: é a interação eletrostática entre os núcleos e os elétrons que os envolvem, e dá origem ao chamado deslocamento isomérico δ, que é a diferença entre as energias dos estados excitados dos átomos da fonte e da amostra; o deslocamento isomérico é obtido diretamente do gráfico, dado pelo centro de simetria do espectro, e seu valor fornece informações sobre a densidade eletrônica dos átomos em diferentes compostos.